CN115943550A - 电力转换装置和金属加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够缩短电动机加速所需的时间的电力转换装置和包括该电力转换装置的金属加工装置。电力转换装置(10)具有将来自外部的交流电压转换为直流电压(Vo)的整流器(100)和控制整流器(100)的整流器控制器(107)。整流器(100)具有在起动时使直流电压(Vo)升压的倍压电路(104)，响应倍压电路(104)的起动、停止来输出电压值不同的直流电压(Vo)。整流器控制器(107)在与电动机130的速度指令值(ω*)从规定值上升的第二时刻相比规定期间之前的第一时刻起动倍压电路(104)。

Description

电力转换装置和金属加工装置
技术领域
本发明涉及电力转换装置和金属加工装置，例如涉及包括倍压整流电路的电力转换装置和包括该电力转换装置的金属加工装置。
背景技术
专利文献1中记载的逆变器装置具有能够根据电动机的负载状态切换全波整流模式和倍压整流模式的倍压电路。来自倍压电路的直流电压在全波整流模式下是全波整流电压(1倍)，在倍压整流模式下是倍压(2倍)。随此，在倍压整流模式下，与全波整流模式相比，能够使在来自倍压电路的直流电压下工作的逆变器的输出电压也成为2倍。
另外，专利文献1中，着眼于从全波整流模式切换为倍压整流模式的动作。控制电路接受来自冷冻机等负载设备的电动机加速指令时，倍压电路使用倍压整流模式使直流电压升压。电动机在直流电压升压完成时开始加速，加速至要求的转速。由此，能够在冰箱内需要急冷时提高电动机转速，提高冷却性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-64992号公报
发明内容
发明要解决的课题
将直流电力转换为三相交流电力的电力转换装置被广泛用于电动机的变速控制的目的。这些电力转换装置中，一般用整流电路将工频电源(三相200V等)转换为直流电力，用后端的逆变器输出具有任意的电压和频率的交流电力。电力转换装置中设置的整流电路大多对三相交流电压进行全波整流，来自整流电路的直流电压是输入的各线间电压的有效值的约√2倍。
一般而言，电力转换装置的输出电压上限由对逆变器供给的直流电压决定，不能输出其以上的电压。另一方面，一般的电动机在旋转速度上升时感应电压升高。因此，为了使电动机高速旋转，逆变器需要输出更高的电压。例如，电动机的负载是压力加工机等加工机械的情况下，要求为了提高生产效率而缩减节拍时间。为此，要求高速旋转和高加速度地驱动电动机的机构。
对于这样的电动机的高速旋转的课题，已知如专利文献1所示使用倍压电路使直流电压升压的方式。但是，专利文献1中记载的方式中，因为在接受电动机加速指令后开始直流电压的升压，所以升压和加速引起的过渡时间较长。结果，例如对进行使机械急速下降而对加工对象物加压之后、使机械急速上升这样的动作的加工机械用伺服电动机应用该方式的情况下，可能难以实现高加速度的动作。即，电动机的加速耗费时间，存在难以缩减加工机械的节拍时间的风险。
本发明是鉴于这样的情况得出的，其目的之一在于提供一种能够缩短电动机加速所需的时间的电力转换装置和包括该电力转换装置的金属加工装置。
本发明的上述以及其他目的和新的特征将通过本说明书的叙述和附图而说明。
用于解决课题的技术方案
对本申请中公开的发明中的代表性的实施方式的概要简单进行说明，如下所述。
本发明的代表性的实施方式的电力转换装置具有将来自外部的交流电压转换为直流电压的整流器和控制整流器的整流器控制器，对电动机供电。整流器具有在起动时使直流电压升压的倍压电路，响应倍压电路的起动、停止来输出电压值不同的直流电压。整流器控制器在与电动机的速度指令值从规定值上升的第二时刻相比规定期间之前的第一时刻起动倍压电路。
发明效果
对通过本申请中公开的发明中的代表性的实施方式得到的效果简单进行说明，能够缩短电动机加速所需的时间。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的电力转换装置周边的结构例的电路图。
图2是表示图1中的倍压控制器的主要部分的结构例的概略图。
图3A是表示本发明的实施方式1的金属加工装置的结构例的概略图。
图3B是表示图3A的金属加工装置的动作例的时序图。
图4是表示本发明的实施方式2的电力转换装置周边的结构例的电路图。
图5是表示图4中的倍压控制器的主要部分的结构例的概略图。
图6是表示本发明的实施方式3的电力转换装置周边的主要部分的结构例的电路图。
图7是表示将图6的电力转换装置应用于图3A的金属加工装置的情况下的动作验证结果的一例的图。
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明的实施方式。其中，在用于说明实施方式的全部图中，对于同一部件原则上附加同一附图标记，省略其反复说明。
(实施方式1)
《电力转换装置的结构》
图1是表示本发明的实施方式1的电力转换装置周边的结构例的电路图。图1所示的电力转换装置10是对电动机130供电的装置。电动机130例如是三相伺服电动机，控制未图示的电动机负载(例如压力机构等)的位置、速度等。该电力转换装置10具有整流器(转换器)100、逆变器103、交流电压传感器105、直流电压传感器106、倍压控制器(整流器控制器)107和逆变器控制器108。
另外，例如在电力转换装置10的外部设置负载控制器109。负载控制器109控制电动机负载(例如压力机构等)的序列。负载控制器109决定与各序列相应的电动机130的各种驱动条件。随此，负载控制器109可以得知电动机130的旋转速度、转矩(电流)等的时序变化的方式。
整流器100接受来自外部的三相交流电源120的三相交流电力，将三相交流电压(Vu、Vv、Vw)转换为直流电压Vo。具体而言，整流器100具有三相二极管电桥101、DC链路部102和倍压电路104。三相二极管电桥101对来自三相交流电源120的三相交流电力进行全波整流，用DC链路部102转换为直流电压Vo。DC链路部102具有在三相二极管电桥101的正极输出节点Np1与负极输出节点Nn1之间串联连接的2个DC链路电容器C1、C2。
倍压电路104在本例中，接受来自三相交流电源120的三相交流电力，在起动时，经由DC链路电容器C1、C2的共用连接节点使直流电压Vo升压至规定电压。详细而言，倍压电路104通过对DC链路电容器C1、C2交替地充电，而使直流电压Vo升压至约2倍的倍压。随此，整流器100与倍压电路104的起动、停止(换言之是倍压整流模式还是全波整流模式)相应地输出电压值不同的直流电压Vo。直流电压Vo在全波整流模式下是全波整流电压，在倍压整流模式下是倍压。
交流电压传感器105检测三相交流电源120的各相的电压值(Vu＇、Vv＇、Vw＇)。直流电压传感器106检测直流电压的电压值(Vo＇)。交流电压传感器105的检测结果和直流电压传感器106的检测结果分别经由信号线110、112对倍压控制器(整流器控制器)107输入。倍压控制器107基于这些检测结果，对倍压电路104内的开关元件(未图示)经由信号线111用开关信号Gsw进行开关控制。
进而，对倍压控制器107从负载控制器109经由信号线113输入负载信息(电动机信息)LDI。负载信息LDI中，例如包括负载电力信息和负载控制信息，详情后述。倍压控制器107基于该负载信息LDI决定倍压电路104的起动时刻。然后，倍压控制器107从该起动时刻起开始倍压电路104的开关控制。
逆变器103在本例中由包括6个开关元件SW的三相逆变器构成。逆变器103将来自整流器100的直流电压Vo转换为交流电压(三相交流电压)并输出至电动机130。开关元件SW例如由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属半导体场效晶体管)、或晶闸管等构成。另外，逆变器103包括未图示的电流传感器，使用电流传感器检测各相的电流值(Iu＇、Iv＇、Iw＇)。该电流传感器的检测结果经由信号线115对逆变器控制器108输入。
进而，对逆变器控制器108，经由信号线114输入来自负载控制器109的速度指令值ω*和转矩指令值(电流指令值)I*等。逆变器控制器108以使电动机130的旋转速度接近速度指令值ω*的方式进行PI控制(比例积分控制)等。或者，逆变器控制器108以使电动机130的电流值(检测出的电流值(Iu＇、Iv＇、Iw＇))接近电流指令值I*的方式进行PI控制等。
然后，逆变器控制器108通过这样的PI控制等决定PWM信号的占空比，反映规定的通电方式(例如180°通电方式等)地生成各相的PWM信号PWMu、PWMv、PWMw。逆变器控制器108按该PWM信号PWMu、PWMv、PWMw对逆变器103内的各开关元件SW进行开关控制。
图1中，倍压控制器107和逆变器控制器108代表性地由单个或多个微控制器(微控制器)等构成。各信号线110～116不限于有线的，也可以是无线的。然后，它们与构成整流器100和逆变器103等的各部件一同安装在单个或多个配线电路板上，搭载在构成电力转换装置10的壳体内。另外，负载控制器109代表性地搭载在电力转换装置10外部的上级装置中。
另外，关于安装方式，当然不限于这样的方式，能够适当变更。例如，倍压控制器107和逆变器控制器108的一部分或全部可以用FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)等构成。即，各控制器用软件或硬件或其组合适当构成即可。
另外，此处，整流器100和逆变器103都使用三相(u相、v相、w相)结构，但只要是两相以上的结构即可。进而，此处，用使用逆变器103得到的三相交流电力驱动电动机130，但取决于情况，也可以是用直流电压Vo驱动电动机130的结构。
图2是表示图1中的倍压控制器的主要部分的结构例的概略图。图2的倍压控制器107具有起动时刻运算器203和开关信号运算器205。对起动时刻运算器203输入负载信息(电动机信息)LDI即负载电力信息201和负载控制信息202。负载控制信息202包括使电动机130的速度指令值ω*在什么时刻从规定值上升的时刻信息。换言之，包括倍压电路104起动所需的时刻信息。负载电力信息201表示电动机130的消耗电力。
起动时刻运算器203基于这样的负载信息LDI，将与电动机130的速度指令值从规定值上升的时刻相比规定期间之前的时刻决定为起动时刻。起动时刻运算器203在该起动时刻使倍压起动信号EN起效。开关信号运算器205与倍压起动信号EN的起效相应地，开始生成开关信号Gsw，用该开关信号Gsw对倍压电路104内的开关元件(未图示)进行开关控制。
另外，起动时刻运算器203例如用使用微控制器内的CPU(Central ProcessingUnit：中央处理器)进行的程序处理等实现。开关信号运算器205例如使用微控制器内的计数器等实现。
《对金属加工装置的应用例》
图3A是表示本发明的实施方式1的金属加工装置的结构例的概略图。图3A的金属加工装置310是压力装置，用滑块(压力机构)311对作为加工对象物315的金属进行加工。该金属加工装置310具有滑块311、工作台312、电动机(伺服电动机)130和电力转换装置10。在工作台312上安装下模具314，隔着下模具314设置加工对象物315。滑块311以隔着加工对象物315与工作台312相对的方式配置。在滑块311上安装上模具313。
电动机130在加工位置P0与待机位置P1之间控制滑块(压力机构)311的位置。加工位置P0是对加工对象物(金属)315进行加工时的位置。电力转换装置10包括如图1所示的整流器100和逆变器103，通过对电动机130供给规定电力而控制电动机130的旋转(以及滑块311的位置)。经由电动机130将滑块311的位置控制为加工位置P0时，基于上模具313和下模具314的形状将加工对象物(金属)315加工为规定形状。在该加工时，适当进行电动机130的转矩控制(电流控制)。
图3B是表示图3A的金属加工装置的动作例的时序图。图3B中示出了机械位置(滑块311的位置)、电动机旋转速度(以及速度指令值ω*)、电动机转矩(以及电流指令值I*)、倍压起动信号EN和直流电压Vo的各控制状态。关于电动机转矩(I*)，以对加工对象物315加压的方向为正地表达。首先对除直流电压Vo之外的部位进行说明。
在直到时刻t2的期间T1中，金属加工装置310以对加工对象物(金属)315用滑块311加压的加工模式工作。在期间T1中，机械位置是加工位置P0。电动机旋转速度(ω*)因为处于正在对加工对象物315加压的状态，所以是接近零的低速。另一方面，电动机转矩(I*)因为处于正在对加工对象物315加压的状态，所以是大转矩。
在从时刻t2到时刻t5的期间T2中，金属加工装置310以从加工位置P0向待机位置P1移送滑块311的移送模式工作。加工对象物315的加工结束时，要求使滑块311快速返回待机位置P1。于是，控制使电动机旋转速度(速度指令值ω*)从加工对象物315的加工结束的时刻t2起上升。与此相应地，电动机130从时刻t2起开始向由速度指令值ω*决定的上限目标速度加速，在时刻t3达到上限目标速度。电动机130在从时刻t3到时刻t4的期间中，保持该上限目标速度下的旋转状态。
在时刻t4，为了使滑块311在充分减速了的状态(速度是大致零的状态)下到达待机位置P1，而控制使电动机旋转速度(ω*)下降。然后，滑块311在时刻t5在充分减速的状态下到达待机位置P1。电动机转矩(I*)在从时刻t2到时刻t4的期间中，因为仅需要移送滑块311所需的转矩，所以是较小的负值。另外，电动机转矩(I*)在从时刻t4到时刻t5的期间中，随着电动机旋转速度(ω*)的减速而成为正值。
在时刻t5以后的期间T3中，金属加工装置310以等待下一次加工处理的待机模式工作。在期间T3中，机械位置保持待机位置P1，电动机旋转速度(ω*)和电动机转矩(I*)都是零。另外，虽然省略了图示，但在待机模式T3之后设置进行与期间T2相反方向的移送的移送模式。
接着，对于直流电压Vo进行说明。对于图3B的直流电压Vo，示出使用图1的电力转换装置10的情况下的控制状态301和使用比较例的电力转换装置的情况下的控制状态302。在加工模式的期间T1中，倍压起动信号EN直到时刻t1都是否定电平。与此相应地，倍压电路104处于停止状态。
另一方面，倍压控制器107在时刻t1使倍压起动信号EN起效。与此相应地，倍压电路104起动。即，倍压控制器107开始对倍压电路104输出开关信号Gsw。之后，在时刻t2从加工模式切换为移送模式。倍压控制器107在移送模式(期间T2)和之后的待机模式(期间T3)中，维持倍压起动信号EN的起效电平。与此相应地，倍压电路104在时刻t2以后也继续进行升压动作。
直流电压Vo在期间T1中的直到时刻t1的期间中，因为倍压电路104处于停止状态，所以是全波整流的电压值V1。之后，在从时刻t1到时刻t2的期间T12中，倍压电路104与倍压起动信号EN的起效相应地，使直流电压Vo从全波整流的电压值V1升压至更高的预备的电压值V2。进而，倍压电路104在时刻t2以后，使直流电压Vo从预备的电压值V2升压至更高的、成为电压值V1的约2倍的电压值V3。
此处，倍压电路104在电力转换装置10的小型化的要求下，如图3B所示，是以在电动机转矩(I*)较小的移送模式下进行电力供给为前提设计的。因此，倍压电路104例如由与逆变器103相比尺寸更小的元件构成，与逆变器103相比电力容量更小。结果，在加工模式的期间T1所包括的期间T12中，使倍压电路104起动时，直流电压Vo不能达到倍压的电压值V3，而是在电压值V1与电压值V3之间的电压值V2达到稳定值。
该稳定值(电压值V2)是基于已知的倍压电路104的电力容量和加工模式时的电动机130的消耗电力决定的。具体而言，电压值V2是从倍压电路104对DC链路部102的充电电流、与电动机130的消耗电力引起的来自DC链路部102的放电电流平衡时的电压值。从而，图2的起动时刻运算器203能够通过输入表示加工模式时的电动机130的消耗电力的负载电力信息201而计算电压值V2。
另外，起动时刻运算器203基于构成DC链路部102的各电容器(C1、C2)的已知的电容值等(即升压时间常数)和DC链路部102的有效的充电电流，能够计算使直流电压Vo从电压值V1升压至电压值V2所需的时间。起动时刻运算器203将该计算出的时间决定为图3B的期间T12。另外，起动时刻运算器203能够根据负载控制信息202得到图3B的时刻t2。时刻t2是开始从加工位置P0向待机位置P1移送滑块(压力机构)311的时刻。
基于这些信息，起动时刻运算器203在与电动机130的速度指令值ω*从规定值上升的时刻t2相比期间T12之前的时刻t1使倍压起动信号EN起效。此处，时刻t1过早时，相应地倍压电路104的工作期间变长，可能发生多余的电力损耗。另一方面，时刻t1过迟时，在直流电压Vo达到电压值V2之前进行向移送模式的转移。该情况下，从时刻t2到时刻t3的期间T23中的电动机130的加速期间变长，移送模式的期间T2变长。
于是，如图3B所示，以使直流电压Vo达到电压值V2的时刻与从加工模式切换为移送模式的时刻t2大致一致的方式决定时刻t1是有益的。之后，在时刻t2从加工模式切换为移送模式时，因为电动机转矩(I*)减小，所以直流电压Vo再次开始上升。然后，在期间T23中，直流电压Vo从电压值V2升压至全波整流的电压值V1的约2倍的电压值V3。此时，能够与使该直流电压Vo升压相应地，使电动机130的旋转速度上升。在时刻t3以后，直流电压Vo成为稳定状态。
另外，在图3B的期间T12中，因为直流电压Vo升压，在加工模式的期间中逆变器103的电源电压变化。该情况下，逆变器控制器108中的控制环路的稳定性(例如电流值与电流指令值I*相比的变动等)受到担忧。但是，特别是在金属加工装置等这样的伺服机构中，作为伺服放大器的逆变器控制器108通常设计为控制环路的响应速度充分快。因此，能够充分地保持控制环路的稳定性(使电流值保持为电流指令值I*)。
另外，作为比较例的电力转换装置中，倍压电路104至少在加工模式完成之后起动，如图3B的控制状态302所示，最早也在从加工模式切换为移送模式的时刻t2起动。该情况下，以时刻t2为起点，使直流电压Vo从电压值V1升压至电压值V3需要时间，电动机130的加速期间(以及移送模式T2的期间)也与该升压时间相应地变长。
《实施方式1的主要效果》
以上，通过使用实施方式1的方式，代表性地能够缩短电动机130加速所需的时间(即图3B的期间T23)。结果，能够缩短金属加工装置310的节拍时间。进而，无需提高倍压电路104的电力容量，就能够得到这样的效果。通过不提高倍压电路104的电力容量，能够实现电力转换装置10的小型化。
另外，图2的例子中，使用起动时刻运算器203决定倍压电路104的起动时刻(时刻t1)。但是，通常如果加工对象物315的种类相同，则时刻t1也不变。因此，也可以按加工对象物315的每个种类预先使用仿真等固定地决定时刻t1。该情况下，例如图1的负载控制器109可以在基于模拟决定的时刻t1使面向倍压控制器107的倍压起动信号EN起效。
另外，图3B的例子中，预备的电压值V2设为由如上所述的各种条件被动地决定的值。但是，也可以使用通过控制环路主动地决定预备的电压值V2的方式。例如，被动地决定的预备的电压值V2与倍压的电压值V3相近的情况下，期间T12中的逆变器103的损耗较大，并且存在逆变器控制器108的控制环路的稳定性成为无法忽略的水平的可能性。这样的情况下，可以进行限制预备的电压值V2的上限值的控制。
(实施方式2)
《电力转换装置的结构和动作》
图4是表示本发明的实施方式2的电力转换装置周边的结构例的电路图。图4所示的电力转换装置20与图1的结构例相比，倍压控制器(逆变器控制器)107的结构和动作不同。对倍压控制器107，与图1的情况不同地，经由信号线401输入逆变器控制器108中使用的电流指令值I*。倍压控制器107基于该电流指令值I*的变化，决定倍压电路104的起动时刻(即图3B的时刻t1)。
此处，作为图4中的倍压控制器107的逆变器控制器108的实现形式，代表性地可以考虑在同一微控制器等中实现的情况和在不同的微控制器等中实现并且搭载在同一配线电路板上的情况等。另一方面，负载控制器109如上所述大多设置在位于构成电力转换装置20的壳体外部的上级装置中。因此，能够使图4的信号线401与图1的信号线113相比缩短。结果，能够实现通信噪声的减小和安装的简化等。
图5是表示图4中的倍压控制器的主要部分的结构例的概略图。图5的倍压控制器107与图2的情况同样地，具有起动时刻运算器203和开关信号运算器205。但是，对起动时刻运算器203，与图2的情况不同地，输入电流指令值I*。
此处，在如图3A所示的金属加工装置310中，在加工模式时，一般采用使转矩(即电流指令值I*)逐次变化同时进行要求的加工的方式。因此，起动时刻运算器203通过对从逆变器控制器108取得的电流指令值I*的变化模式与预先保持的变化模式进行比较，能够推算当前时刻是加工模式的期间T1内的什么时刻。随此，起动时刻运算器203能够推定图3B的时刻t2。另外，起动时刻运算器203也能够基于取得的电流指令值I*，计算图3B的期间T12。由此，起动时刻运算器203能够计算图3B的时刻t1。
《实施方式2的主要效果》
通过使用以上实施方式2的方式，也可以得到与实施方式1的情况同样的效果。进而，电力转换装置20无需得到来自负载控制器109(例如上级装置)的特殊的信息(例如图2的负载控制信息202)，就能够决定起动倍压电路104的时刻。
(实施方式3)
《电力转换装置的结构和动作》
图6是表示本发明的实施方式3的电力转换装置周边的主要部分的结构例的电路图。图6中，与图1或图3不同地，示出了电力转换装置60内的倍压电路104的详细的电路结构例。倍压电路104具有三相二极管电桥601、半桥602和电感器L1。半桥602具有2个开关元件SW1、SW2。三相二极管电桥601在倍压电路104起动了时，对来自三相交流电源120的三相交流电压(Vu、Vv、Vw)进行全波整流。
电感器L1连接在2个DC链路电容器C1、C2的共用连接节点Nc与开关节点Nsw之间。开关元件SW1连接在三相二极管电桥601的正极输出节点Np2与开关节点Nsw之间。开关元件SW2连接在三相二极管电桥601的负极输出节点Nn2与开关节点Nsw之间。开关元件SW1、SW2例如由IGBT、或MOSFET或晶闸管等构成。
图1所示的倍压控制器(整流器控制器)107随着倍压电路104的起动而对开关元件SW1、SW2用多个开关信号Gsw进行开关控制。另一方面，倍压控制器107在使倍压电路104成为停止状态的情况下，使开关元件SW1、SW2都固定为断开。
对于倍压电路104的动作进行说明。首先，设想开关元件SW1被控制为接通、开关元件SW2被控制为断开的情况。该情况下，在三相交流电源120、三相二极管电桥601的正极输出节点Np2、开关元件SW1、电感器L1、DC链路电容器C2、三相二极管电桥101的负极输出节点Nn1、三相交流电源120的路径中流动充电电流。结果，仅有DC链路电容器C2被充电。
接着，设想开关元件SW2被控制为接通、开关元件SW1被控制为断开的情况。该情况下，在三相交流电源120、三相二极管电桥101的正极输出节点Np1、DC链路电容器C1、电感器L1、开关元件SW2、三相二极管电桥601的负极输出节点Nn2、三相交流电源120的路径中流动充电电流。结果，仅有DC链路电容器C1被充电。
于是，通过交替地切换开关元件SW1、SW2的接通/断开状态，能够对DC链路电容器C1、C2交替地充电。此时，DC链路电容器C1、C2分别被充电至全波整流电压。结果，直流电压Vo成为全波整流电压的约2倍的倍压。另外，电感器L1是为了抑制在倍压电路104起动之后、直到直流电压Vo的升压完成的期间中可能发生的对各电容器(C1、C2)的涌入电流而设置的。
另外，2个三相二极管电桥101、601从三相交流电源120看来是并联连接的。因此，例如在图3B的期间T12中，逆变器103中需要的大电力大部分由三相二极管电桥101供给，几乎不存在用倍压电路104供给的必要性。即，倍压电路104能够在输出比逆变器103更小的电力的状态下，使直流电压Vo升压。结果，能够使用比逆变器103电力容量更小的、低成本且小型的倍压电路104。具体而言，例如倍压电路104内的各开关元件SW1、SW2构成为比逆变器103内的开关元件SW更小的元件尺寸。
图7是表示将图6的电力转换装置应用于图3A的金属加工装置的情况下的动作验证结果的一例的图。图7中，示出了以图3B中的从时刻t1前后到时刻t3前后的期间为对象，对电感器L1中流动的电感器电流IL和直流电压Vo进行仿真得到的结果。在图7的直到时刻t1的期间中，倍压电路104处于停止状态，所以电感器电流IL是零，直流电压Vo是全波整流电压(电压值V1)。在时刻t1倍压电路104起动之后，电感器电流IL因刚起动后的软启动控制而高频状地变化。
具体而言，首先，与如上所述的开关元件SW1、SW2的控制相应地，电感器电流IL按预先决定的每个期间交替地切换正电流和负电流。该预先决定的期间例如是基于三相交流电压(Vu、Vv、Vw)中的最大电压相或最小电压相的切换决定的，是相当于该交流相位的电角60°的期间。对于最大电压相或最小电压相切换的时机，使用图1的交流电压传感器105检测。
然后，图1的倍压控制器107以电感器电流IL不超过预先决定的限制范围(ILmin～ILmax)的方式，在相当于电角60°的期间内，将接通侧的开关元件(SW1或SW2)间歇地控制为接通。换言之，对于接通侧的开关元件，以较高的开关频率进行开关控制。这样的控制被称为软启动控制。即，在进行升压的期间中，DC链路电容器C1、C2中可能流过较大的涌入电流(即过电流)，所以倍压控制器107使用软启动控制防止该过电流。
直流电压Vo从时刻t1起开始上升，在预备的电压值V2下达到稳定状态。在时刻t2，发生从加工模式向移送模式的切换，需要的电动机电流减小，所以直流电压Vo再次开始上升。另外，电感器电流IL在时刻t2前后几乎没有变化。在时刻t3，直流电压Vo达到倍压(电压值V3)。
此处，在时刻t3附近，三相交流电源120的电压与DC链路电容器C1、C2的电压相互对抗，电感器电流IL减小至不足限制范围(ILmin～ILmax)的大小。结果，不再发生开关元件SW1、SW2的间歇性的控制。然后，开关元件SW1、SW2在按每个电角60°的期间进行开关控制的状态下稳定化。换言之，在三相交流电源120的频率的3倍的开关频率下成为稳定状态。
《实施方式3的主要效果》
通过使用以上实施方式3的方式，与实施方式1、2的情况同样地，无需提高倍压电路104的电力容量，就能够缩短电动机130加速所需的时间。进而，通过使用如图6所示的并联连接方式的倍压电路104，能够减小电力损耗。即，作为倍压电路的电路方式，例如已知在三相二极管电桥101与DC链路部102之间的路径上串联地插入元件的方式。该情况下，因该串联插入的元件而在全波整流模式时刻能发生多余的电力损耗。使用图6的电路方式时，不会发生这样的电力损耗。
以上对于由本发明人得出的发明基于实施方式具体进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。例如，上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具有说明的全部结构。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，也能够在某个实施方式的结构上添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。
例如，此处示出了电力转换装置对金属加工装置的应用例，但当然不限于此，对于与电动机的旋转速度的切换相应地适当切换全波整流模式和倍压整流模式地工作的各种装置(系统)能够同样地应用。
附图标记说明
10、20、60…电力转换装置，100…整流器，101、601…三相二极管电桥，102…DC链路部，103…逆变器，104…倍压电路，107…倍压控制器(整流器控制器)，108…逆变器控制器，109…负载控制器，130…电动机，310…金属加工装置，311…滑块(压力机构)，315…加工对象物(金属)，C1、C2…DC链路电容器，EN…倍压起动信号，L1…电感器，SW、SW1、SW2…开关元件，Vo…直流电压。

Claims (14)

1.一种对电动机供电的电力转换装置，其特征在于，包括：
将来自外部的交流电压转换为直流电压的整流器；和
控制所述整流器的整流器控制器，
所述整流器具有在起动时使所述直流电压升压的倍压电路，响应所述倍压电路的起动、停止来输出电压值不同的所述直流电压，
所述整流器控制器在与所述电动机的速度指令值从规定值上升的第二时刻相比规定期间之前的第一时刻起动所述倍压电路。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述整流器在所述规定期间中使所述直流电压从第一电压值升压至比所述第一电压值高的第二电压值，在所述第二时刻以后使所述直流电压从所述第二电压值升压至比所述第二电压值高的第三电压值。
3.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于：
所述第二电压值是基于所述倍压电路的电力容量和所述电动机的消耗电力决定的稳定值，
所述规定期间是基于所述直流电压从所述第一电压值达到所述稳定值的时间决定的。
4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，还包括：
逆变器，其包括多个开关元件，将来自所述整流器的所述直流电压转换为交流电压而输出至所述电动机；和
逆变器控制器，其以使所述电动机的旋转速度接近速度指令值的方式对所述逆变器内的所述多个开关元件进行开关控制。
5.如权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于：
所述整流器包括：
第一三相二极管电桥；
在所述第一三相二极管电桥的正极输出节点与负极输出节点之间串联连接的第一DC链路电容器和第二DC链路电容器；和
构成所述倍压电路的第二三相二极管电桥、第一开关元件、第二开关元件和电感器，
所述电感器连接在所述第一DC链路电容器和所述第二DC链路电容器的共用连接节点与开关节点之间，
所述第一开关元件连接在所述第二三相二极管电桥的正极输出节点与所述开关节点之间，
所述第二开关元件连接在所述第二三相二极管电桥的负极输出节点与所述开关节点之间，
所述整流器控制器随着所述倍压电路的起动对所述第一开关元件和所述第二开关元件进行开关控制。
6.如权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于：
所述第一开关元件和所述第二开关元件各自的元件尺寸小于所述逆变器内的所述多个开关元件的各个开关元件的元件尺寸。
7.一种用压力机构对作为加工对象物的金属进行加工的金属加工装置，其特征在于，包括：
电动机，其在对所述金属进行加工时的加工位置与规定的待机位置之间控制所述压力机构的位置；和
对所述电动机供电的电力转换装置，
所述电力转换装置包括：
将来自外部的交流电压转换为直流电压的整流器；和
控制所述整流器的整流器控制器，
所述整流器具有在起动时使所述直流电压升压的倍压电路，响应所述倍压电路的起动、停止来输出电压值不同的所述直流电压，
所述整流器控制器在与所述电动机的速度指令值从规定值上升的第二时刻相比规定期间之前的第一时刻起动所述倍压电路。
8.如权利要求7所述的金属加工装置，其特征在于：
所述第二时刻是开始从所述加工位置向所述待机位置移送所述压力机构的时刻。
9.如权利要求8所述的金属加工装置，其特征在于：
所述整流器在所述规定期间中使所述直流电压从第一电压值升压至比所述第一电压值高的第二电压值，在所述第二时刻以后使所述直流电压从所述第二电压值升压至比所述第二电压值高的第三电压值。
10.如权利要求9所述的金属加工装置，其特征在于：
所述第二电压值是基于所述倍压电路的电力容量和因所述金属加工而产生的电动机的消耗电力决定的稳定值，
所述规定期间是基于所述直流电压从所述第一电压值达到所述稳定值的时间决定的。
11.如权利要求8所述的金属加工装置，其特征在于：
所述电力转换装置还包括：
逆变器，其包括多个开关元件，将来自所述整流器的所述直流电压转换为交流电压而输出至所述电动机；和
逆变器控制器，其以使所述电动机的旋转速度接近速度指令值的方式或者以使所述电动机的电流值接近电流指令值的方式，对所述逆变器内的所述多个开关元件进行开关控制。
12.如权利要求11所述的金属加工装置，其特征在于：
所述整流器包括：
第一三相二极管电桥；
在所述第一三相二极管电桥的正极输出节点与负极输出节点之间串联连接的第一DC链路电容器和第二DC链路电容器；和
构成所述倍压电路的第二三相二极管电桥、第一开关元件、第二开关元件和电感器，
所述电感器连接在所述第一DC链路电容器和所述第二DC链路电容器的共用连接节点与开关节点之间，
所述第一开关元件连接在所述第二三相二极管电桥的正极输出节点与所述开关节点之间，
所述第二开关元件连接在所述第二三相二极管电桥的负极输出节点与所述开关节点之间，
所述整流器控制器随着所述倍压电路的起动对所述第一开关元件和所述第二开关元件进行开关控制。
13.如权利要求12所述的金属加工装置，其特征在于：
所述第一开关元件和所述第二开关元件各自的元件尺寸小于所述逆变器内的所述多个开关元件的各个开关元件的元件尺寸。
14.如权利要求11所述的金属加工装置，其特征在于：
所述整流器控制器将所述逆变器控制器中使用的所述电流指令值作为输入，基于所述电流指令值的变化决定所述第一时刻。
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